登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
“双碳”目标下我国能源电力系统发展前景和关键技术
——“十四五”能源领域科技创新规划解读之二
周孝信
在一系列国家战略规划指导下,我国未来能源电力系统的发展蓝图和关键技术途径有了明确的导向性,即以“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”为战略目标,以落实“构建清洁低碳安全高效的能源体系、构建以新能源为主体的新型电力系统”为实施路径。本文从新型电力系统主要特征和核心指标出发,构建“双碳”目标下我国能源电力系统发展情景,分析我国能源电力转型实现路径和关键技术需求,提出综合能源生产单元设想,为能源转型路径规划及战略制定提供一定的参考。
一、新型电力系统主要特征和核心指标
新型电力系统作为未来我国能源体系的核心组成部分,具有5个主要特征:高比例可再生能源广泛接入、高比例电力电子装备大规模应用、多能互补综合能源利用、数字化智能化智慧能源发展、清洁高效低碳零碳转型。
为进一步量化描述上述特征,体现新型电力系统在能源转型中的重要作用,提出以下5项核心指标:非化石能源在一次能源消费中比重、非化石能源发电量在发电量中比重、电能在终端能源消费中比重、系统总体能源利用效率、能源电力系统碳排放总量。
二、“双碳”目标下我国能源电力系统发展情景分析
将2021~2060年40年期,划分为2020~2030年、2030~2050年、2050~2060年三个时间段,分别为前、中、后3个时间段,预估“双碳”目标下能源电力总体发展需求:一次能源消费总量指标方面,2020~2030年(前段),考虑经济社会发展水平的刚性增长需求,仍将保持每5年4亿~5亿吨标准煤的增长速度,至“十四五”末达到55亿吨标准煤左右,2030年左右达到峰值59亿吨标准煤,此后呈现下降趋势;2030~2050年(中段),前15年间每5年下降1亿吨标准煤,2045年降至56亿吨标准煤后基本保持稳定;2050~2060年(后段),仍具有小幅下降空间,2060年保持在55亿吨标准煤左右水平。
非化石能源消费占比指标方面,总体呈现前后两段稳定增长,中段加速增长的趋势。2030年前(前段),考虑目前新能源发电、电网安全稳定运行控制、储能等方面技术发展水平尚未取得突破性进展,灵活调节资源和技术手段仍较为紧缺,无法全面支撑可再生能源高比例接入和大规模应用,仍需要煤电等传统发电机组提供重要的基础保障作用,而非化石能源以一次电力为主要消费形式,故这一时段非化石能源消费在一次能源消费总量中的占比应保持相对稳定的增长速度,避免过快增长对电力系统安全稳定带来的冲击,以保证能源供应平稳过渡。该指标于“十四五”末达到20%,2030年达到25%,满足国家最新提出的目标要求。2030~2050年(中段),非化石能源加速发展,在一次能源消费中的占比快速提高,二十年间由25%提高至75%,力争2050年为2060年实现碳中和创造基础条件。2050~2060年(后段),仍将在较高水平基础上保持一定速度的平稳增长,2060年达到90%,为碳中和目标实现提供重要支撑。
全社会用电总量指标方面,综合电气化等因素,总体保持增长且速度呈现“前高后低”趋势。在“十四五”和“十五五”期间(前段),分别以4.5%和3.5%年均增速保持稳定增长,至2030年达到11.1万亿千瓦时的水平。2030~2050年(中段),年均增长率逐步下降,2050年全社会用电量为当前水平的2倍,约为16万亿千瓦时。2050~2060年(后段),增速进一步放缓,2050~2055年间年均增速仅为1%,2055年后基本保持稳定不再增长。
基于上述能源电力发展需求,预估2020~2060年我国电力装机及发电结构,由此得到风光发电量、煤电发电量、非化石能源发电量占比等关键参数演化趋势。
电力装机方面,随着风光等新能源发电快速发展,非化石能源发电在电力装机总量中的占比持续提高,“十四五”末将超过50%。新能源发电装机不断增加,2025~2030年间,风光装机总量超过煤电,2030年将达到16.1亿千瓦,占装机总量41.5%;2035年达到24.3亿千瓦,超过电力装机总量的50%,成为装机主体;2060年达到70.1亿千瓦,在电力装机总量中的占比超过85%。
发电量方面,2030~2035年间非化石能源年发电量超过50%,形成非化石能源发电为主体的电力系统;风光发电量快速提升是非化石能源发电量占比提高的主要原因,2030年风光发电量达到2.3万亿千瓦时,占总发电量20%;2035~2040年间风光发电量开始超过煤电,之后煤电进一步加速退役,风光发电量在总发电量中占比加速提高,2045~2050年间超过50%,成为发电主体;2060年风光发电量11.9万亿千瓦时,占总发电量69.2%,为构建以新能源为主体的新型电力系统创造必要条件。
针对上述我国能源电力发展场景,初步测算能源电力系统年碳排放指标,可得到以下结论:能源系统和电力系统的年碳排放均可实现2030年前达峰,2050年和2060年,能源系统年碳排放分别降低为峰值的28.0%、10.5%,电力系统碳排放分别降低为峰值的25.4%、1.6%,为实现2060年前碳中和目标奠定基础。
三、我国能源电力转型实现路径和关键技术
为推动我国能源电力转型、落实“两个构建”,需考虑5个方面实现路径。一是大力开发利用可再生能源,发展核能、生物质能、地热能等非化石能源综合利用,在电力系统中形成以非化石能源为主的电源结构,是实现能源转型的关键;二是积极推动煤电灵活性改造,为高比例可再生能源电力系统运行提供紧急备用和灵活调节能力,探索煤电碳资源综合利用,助力煤电实现低碳无碳转型;三是持续推进终端用能的电气化,实现以电为中心的多能互补用能结构,大幅提高电能在终端能源消费中比重,提高能源综合利用效率;四是加强电力电子和储能等关键技术创新,通过数字化转型,推动新一代输配电网和能源互联网建设,促进高比例可再生能源电力消纳,确保电力系统安全稳定运行;五是完善能源转型各项政策,坚持市场化改革方向,加快完善推动绿色电力、碳交易市场建设,助力国家应对气候变化碳中和目标的实现。
技术进步是构建新型电力系统的根本动力,围绕未来电力系统以新能源为主体的发展需求,综合考虑新能源开发、传统能源转型两个角度,从系统安全、低碳减排、综合能源、灵活性需求等多个方面,提出以下10类关键技术需求:1.高效低成本电网支持型可再生能源发电和综合利用技术;2.燃煤发电提高灵活性低碳排放和碳资源利用技术;3.高可靠性低损耗新型电力电子元器件装置和系统技术;4.安全高效低成本长寿命新型储能技术;5.清洁高效低成本氢能生产储运转化和应用技术;6.超导输电和新型综合输能技术;7.新型电力系统规划运行调度和仿真控制保护技术;8.数字化智能化综合能源电力系统技术;9.信息物理融合的能源互联网/物联网技术;10.综合能源电力市场技术。
四、综合能源生产单元(IEPU)设想
“双碳”目标下,我国能源电力系统清洁低碳转型任务艰巨,如何科学推进传统煤电升级改造及有序退出、同时促进新能源消纳成为能源转型路径规划和相关战略制定的重要议题。我们提出一种融合火电机组碳捕集、燃煤机组混烧生物质、可再生能源电解水制氢、甲烷/甲醇合成等技术的设想——综合能源生产单元(以下简称“IEPU”),期望能作为火电低碳/无碳转型路径方案的一种选择。
IEPU基本结构如图1所示,其基本工作方式为:白天利用低成本的光伏发电制取绿氢,夜间利用低谷时段电网供电或火电机组发电,利于电解制氢系统持续稳定工作,产出的氢气与煤电机组捕集的碳进一步合成生产甲烷/甲醇等绿色燃料或化工产品。
与此同时,IEPU也可有不同类型的结构方案:IEPU所需的碳可由火电厂碳捕集,未来也可从空气中捕集;IEPU可由风光发电与电解水制氢装置、水电厂与电解水制氢装置组成,生产的绿氢与空气中氮气耦合制氨;IEPU可由燃气电厂与风光发电及电解水制氢、储氢耦合组成,未来燃气电厂的燃料将由绿氢提供,成为应对长周期能源不平衡的绿色重要措施。IEPU本身可以是实体的也可以是虚拟的。
IEPU将电解制氢、可再生能源发电、甲醇/甲烷/氨合成、二氧化碳捕集等设备集成为一体,具有以下两个方面的优点:一是以电解制氢装置作为可控负荷,通过与火电、水电等可调机组联合运行,在单元内部各子系统协同优化的同时,实现与电网互动,成为具有高灵活性的虚拟发电单元,为高比例新能源电力系统应对长周期能源供需不平衡提供灵活性支撑;二是通过二氧化碳直接与氢气合成,生产甲烷、甲醇等便于存储、运输的绿色燃料或作为重要化工原料产品,一方面可规避大规模二氧化碳捕集后压缩及封存的高额成本投入,另一方面借助合理可行的产品收益模式,有利于火电企业推广应用二氧化碳捕集与利用技术,在促进火电行业碳减排及转型发展的同时,所生产的氢气本身及与二氧化碳、氮气合成生成的绿色燃料化工原料产品,也可为能源相关领域化石燃料和原料替代提供一定的来源补充。
综合能源生产单元解决方案与数字化智能化技术相结合,可构成未来能源供应侧的智慧型基本单元,与预想的能源消费侧智慧型基本单元一起,组成未来新型电力系统能源生产消费的基础单元结构,可能对电网的储能需求、灵活性供应及调控模式产生重要影响。该发展模式的实现将会促进能源领域不同行业之间的融合,对此需要体制机制的突破和创新。(作者系中国科学院院士)
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
记者13日从国网宁夏电力有限公司计量中心获悉,今年3月,该中心完成全量用电户电费结算“一日发行”改革,此举意味着宁夏497.13万户全量用电户全月所用电量可在一天内完成结算,国网宁夏电力有限公司也成为西北首个实现全量用电户电费结算“一日发行”的省级电网企业。用户电费结算“一日发行”,即用
北极星售电网获悉,3月13日,甘肃省工业和信息化厅发布2025年2月全省电力生产运行情况。详情如下:2月,全省完成发电量184.06亿千瓦时,同比增长6.76%。1-2月,全省完成发电量391.58亿千瓦时,同比增长5.80%。2月,全省全社会用电量139.55亿千瓦时,同比增长1.89%。1-2月,全省全社会用电量累计296.16
登顶全球动画票房榜首、创下全球影史单一市场票房第一,正在热映的《哪吒之魔童闹海》还在创造奇迹的路上。绚丽飘逸的龙族毛发、裂空中汹涌澎湃的岩浆、恢宏壮观的海上战斗场景……数据显示,该影片1900余个特效镜头中,超40%由贵州省贵安超算中心渲染,耗时近三年。这背后离不开贵安新区高效的算力支
北极星售电网获悉,浙江丽水市2025年将完成能源领域投资100亿元,新增抽水蓄能装机150万千瓦、光伏发电装机49万千瓦,投产35千伏及以上输电线路189公里、变电容量20万千伏安,保障全社会用电量180亿千瓦时以上,天然气消费量4亿方以上,“十四五”单位GDP能耗累计下降13.5%。据了解,2024年,丽水市完
1月份,全省全社会用电量94.49亿千瓦时,同比下降1.80%。全省全口径发电量103.67亿千瓦时,同比下降1.06%。全省原油产量36.68万吨,同比下降9.16%;原油加工量82.00万吨,同比增长1.72%。天然气产量1.64亿立方米,同比增长0.8%;天然气消费量4.12亿立方米,同比增长3.4%;原煤产量56.23万吨,同比下降2
北极星售电网获悉,2024年,山西省1/3的电量输送到全国23个省份,全社会用电量的60%通过中长期交易完成,现货市场交易电量累计突破1万亿千瓦时,是全国五个净输出电量规模超千亿千瓦时的省份之一。截至2024年年底,山西省新能源装机达到6189.45万千瓦,占全省发电装机的比重达到50.37%。与此同时,山西
2025年全国能源工作会议强调,要坚持稳中求进工作总基调,更好统筹发展和安全,深入推进能源革命,加快规划建设新型能源体系,在新的起点上奋力谱写能源高质量发展新篇章。国家能源局新能源和可再生能源司(以下简称“新能源司”)认真落实全国能源工作会议部署,锚定“双碳”目标任务,持续加强重大问
今日,将目光聚焦到淮安。2024年,淮安一路高歌猛进,实现地区生产总值5413.02亿元,较上年增长破7个百分点,增速位居全省第一。电力是经济发展的“晴雨表”。2024年,江苏淮安市全社会用电量首次突破300亿千瓦时,增速同样全省第一,一二三产业都有亮眼的表现。在昂扬向上的数据曲线背后,淮安,这座
北极星售电网获悉,2月28日,安徽省能源局发布2025年1月电力数据简报。数据显示,截至2025年1月底,全社会电力装机容量约12636万千瓦,其中火电6298万千瓦、风电927万千瓦、太阳能4518万千瓦。2025年1月,全社会发电299.5亿千瓦时,同比增长-14.4%。全社会用电293.1亿千瓦时,同比增长-6.3%。
2024年,山西运城市全社会用电量384.6亿千瓦时,同比增长1.4%。从全行业用电情况看:2024年,三次产业用电量328.3亿千瓦时,占全社会用电量85.4%,同比增长0.1%,拉动全市全社会用电量增速增长0.1个百分点。其中,第一产业用电量为6.2亿千瓦时,同比增长10.7%,拉动三次产业用电量增速增长0.2个百分点
互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息通信技术已成为人类生产生活的一部分。为了储存和运算处理由此所产生的海量数据,数据中心的机架数量和算力规模不断扩大,耗电量随之快速增长。尤其是2022年11月美国OpenAI公司发布里程碑式产品ChatGPT以来,AI大模型掀起技术创新和应用浪潮,正在重塑千
我国数字经济正处于高速发展时期,近年来,国家主管部门先后出台《关于深入实施“东数西算”工程加快构建全国一体化算力网的实施意见》《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》等一系列政策,基本形成了支持算力与电力协同发展,创新算力电力协同机制,
近期,葡萄牙电力公司(以下简称“葡电”)董事会主席安东尼奥·洛波·泽维尔一行到访三峡集团。在参观三峡工程期间,泽维尔接受了中能传媒记者专访,就水利水电工程综合效益、能源企业引领转型发展、葡电与三峡集团合作前景等话题分享了观点。“三峡工程的效益远不止于能源”访问期间,泽维尔参观了三
北极星售电网获悉,3月14日,南方电网公司发布2025年新型电力系统建设重点任务,其中包括抓好“十大任务”实施、推进“十大技术”应用。详情如下:·抓好“十大任务”实施1.加快新能源高效开发利用2.构建新能源优化配置大平台3.推动配电网高质量发展4.加快数字电网孪生平台建设5.提升需求侧协同能力6.
3月11日获悉,国网江西省电力有限公司开展的铷原子钟标准装置计量建标及法定计量授权扩项工作通过南昌市市场监督管理局专家组现场考评,标志着该公司建立了全省最高时频计量标准。应用时频远程溯源系统后,国网江西电力自动化检定流水线每年能为340万只单相表、46万只三相表和9.6万只采集终端提供精准
3月11日,全国政协常委、中国民间商会副会长、正泰集团董事长南存辉一行来到中国华能集团,与中国华能集团有限公司董事长、党组书记温枢刚等举行会谈,双方就业务合作及发展进行交流探讨。中国华能集团副总经理、党组成员张涛,正泰集团董事、正泰新能源董事长陆川等参加会谈。温枢刚对南存辉一行的到
为学习传达习近平总书记近期关于安全生产重要讲话和指示批示精神,传达贯彻国家能源局和省安委会工作要求,总结2024年全省电力安全生产工作,部署2025年电力安全生产工作任务,3月7日,湖南能源监管办组织召开2025年全省电力安全生产工作会议。湖南能源监管办主要负责人出席会议并讲话,湖南能源监管办
3月6日,内蒙古电力(集团)有限责任公司(以下简称“蒙西电网”)传来捷报,其自营电动汽车充电设施累计充电量突破2000万千瓦时“大关”。这是继2024年12月8日首次突破1000万千瓦时后,仅用80天就实现再次飞跃。“2024年4月1日,蒙西电网自营充电设施正式上线,首个1000万千瓦时用时8个月零8天。而第
近日,国家电网有限公司董事长、党组书记张智刚,总经理、党组副书记庞骁刚在公司总部与甘肃省委书记胡昌升,省委副书记、省长任振鹤举行会谈。双方表示,要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的二十大和二十届二中、三中全会精神,落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略,落实
气象条件是影响电力保供的重要因素,也是影响新能源发电和消纳水平的重要因素。围绕电网防灾减灾、服务新能源高质量发展、联合科技创新等,全国政协委员、中国气象局科技与气候变化司副司长张兴赢接受了本报采访。记者:随着极端天气气候事件频发,气象条件越来越成为影响电力保供的重要因素。您认为应
绿色发展是高质量发展的底色。今年的政府工作报告提出,“协同推进降碳减污扩绿增长,加快经济社会发展全面绿色转型”。2024年,我国能源电力领域的“绿色成绩单”格外亮眼:单位国内生产总值能耗降幅超过3%,可再生能源新增装机3.7亿千瓦,非化石能源发电量占总发电量的比重接近40%。一系列数字映射出
今年以来,国网江苏省电力有限公司企管部认真贯彻中办发47号文件精神,统筹推进深化电力体制改革97项重点任务,做精战略研究与最佳实践,2项成果入围国家电网公司新型电力系统示范标杆,4项成果入选国家电网公司价值创造行动优秀案例,为江苏电力事业的长远发展注入源源不断的动力。一直以来,国网江苏
北极星售电网获悉,3月14日,新疆电力交易中心发布关于征求《新疆电力市场管理委员会工作(议事)规则(征求意见稿)》等4个征求意见稿意见建议的通知。其中包括《新疆电力市场结算方案(修订稿)》部分修订条款。补充增加独立储能结算相关条款,明确独立储能充放电分别按照用电侧、发电侧进行结算。第
北极星售电网获悉,3月7日,吉林电力交易中心发布关于公示2025年第四批电力市场注册售电公司相关信息的公告。2025年3月,按照《售电公司管理办法》(发改体改规〔2021〕1595号)相关规定,吉林电力交易中心受理1家售电公司注册申请。吉林电力交易中心对上述售电公司提交的市场注册申请材料进行完整性核
北极星售电网获悉,3月11日,吉林电力交易中心发布关于公示2025年第一批电力市场注销售电公司相关信息的公告。2025年3月,按照《售电公司管理办法》(发改体改规〔2021〕1595号)相关规定,吉林电力交易中心受理了1家售电公司自愿注销申请。现将企业名单予以公示,公示期为2025年3月12日至2024年3月25
北极星售电网获悉,3月13日,昆明电力交易中心发布关于市场经营主体依规运营的风险提示。
2021年以来,储能市场风起云涌、群雄争霸,储能行业进入蓬勃发展阶段。与此同时,储能的“商业模式”与“收益率”也成为大家讨论的热点。而这个热点问题,离不开电力市场,可谓是储能收益“成也电力市场,败也电力市场”。仅凭一纸账单,虽能够得知储能收益情况,但这些数字背后的形成原因更值得我们挖
北极星售电网获悉,3月14日,首都电力交易中心发布关于公示售电公司国启中能电力(北京)集团有限公司自主注销的公告。售电公司国启中能电力(北京)集团有限公司,初始注册地为北京电力交易中心有限公司,该企业自愿申请注销售电业务。按照国家发改委、国家能源局《售电公司管理办法》(发改体改规〔2
北极星售电网获悉,3月11日,辽宁电力交易中心发布关于部分售电公司注销的公示。根据2024年辽宁电力市场售电公司持续满足注册条件核查情况,47家售电公司因未持续满足注册条件且未在规定时间整改到位或连续3年未在任一行政区域开展售电业务启动强制退出程序(已自行注销者除外)。现将相关企业名单予以
北极星售电网获悉,3月14日,陕西电力交易中心转发陕西省发展和改革委员会关于征求《创新支持陕西省虚拟电厂参与电力市场高质量发展实施方案(征求意见稿)》、《陕西省服务虚拟电厂建设运营实施方案(征求意见稿)》意见的函。其中《创新支持陕西省虚拟电厂参与电力市场高质量发展实施方案(征求意见
北极星售电网获悉,3月14日,陕西电力交易中心转发陕西省发展和改革委员会关于征求《陕西省服务虚拟电厂建设运营实施方案(征求意见稿)》意见的函。其中《陕西省服务虚拟电厂建设运营实施方案(征求意见稿)》明确,2025年,推动全省虚拟电厂接入虚拟电厂运营管理平台并参与需求响应、电能量市场和辅
北极星售电网获悉,3月14日,南方电网公司发布2025年新型电力系统建设重点任务,其中包括抓好“十大任务”实施、推进“十大技术”应用。详情如下:·抓好“十大任务”实施1.加快新能源高效开发利用2.构建新能源优化配置大平台3.推动配电网高质量发展4.加快数字电网孪生平台建设5.提升需求侧协同能力6.
今年政府工作报告提出,“协同推进降碳减污扩绿增长”“加快发展绿色低碳经济”“深入实施绿色低碳先进技术示范工程”“推进新能源开发利用”“积极稳妥推进碳达峰碳中和”……能源电力绿色发展成为备受关注的议题之一。绿色发展是高质量发展的底色。南方电网公司正加快数字化绿色化协同发展步伐,推动
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!